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03/04/2017

Revamp de Plataforma de Petróleo

Óleo e Gás
Revamp de Plataforma de Petróleo

Clark Solutions Eliminadores de Névoas Mist Eliminators Recheio Aleatório Randomico Tower Packing

Motivos do Revamp

A plataforma do projeto originalmente operava com perdas de TEG e amina e constantes acúmulos de condensado nos compressores, o que ocasionavam paradas.

Os dispositivos de entrada dos vasos eram placas defletoras. Essas placas defletoras, quando operadas em condições de alto momentum e alta velocidade do gás, causam elevado cisalhamento do condensado, aumentando a quantidade de névoas finas – o que compromete a eficiência global de coleta dos eliminadores de névoas.

Além disso, os vasos operavam com eliminadores de névoas tipo Vane. Esses eliminadores de névoas são indicados para operações com alta taxa de incrustação em pressões baixas e moderadas, mas são eliminadores de névoas de menor eficiência, em especial em operações de alta pressão.

Portanto, o sistema original gerava mais névoas nos dispositivos de entrada e apresentava pouca eficiência de coleta nos eliminadores de névoas, justificando os problemas originalmente observados.

Com o intuito de melhorar a operação e ao mesmo tempo aumentar a capacidade produtiva da plataforma, foi realizado um Revamp com auxílio da Clark Solutions.

Revamp Clark Solutions 

Clark Solutions Eliminadores de Névoas Mist Eliminators Recheio Aleatório Randomico Tower PackingA Clark Solutions com sua experiência em eliminação de névoas e aumentos de capacidade forneceu todos os equipamentos internos do vaso safety gas, dos três estágios de compressão dos sistemas de compressão A/B/C, da torre TEG e das torres de amina A/B/C de uma plataforma de petróleo, totalizando o aumento de capacidade de 14 vasos.

Os sistemas adotados, que consistem em dispositivos de entrada de gás Evenflow®, malha aglomeradora MaxiMesh® e eliminadores de névoas Heliflow®, foram projetados para atender as diferentes cargas e pressões das 14 colunas, variando de 2.000.000 a 6.000.000 de Nm³/d em um intervalo de 8 a 70 bar.

Não apenas os internos foram customizados para atender as particularidades de cada vaso, como também o sistema de suporte adotado. A Clark Solutions projeta sistemas de suporte sem solda, que permitem um menor tempo de parada uma vez que não necessitam de recertificação do vaso.

Figura 1. Exemplo de Conjunto de Internos fornecido para um dos 14 vasos do Revamp

Dispositivo de Entrada Evenflow®

Tomando como base a velocidade no bocal de alimentação e a densidade média da mistura pode-se verificar o momentum de entrada. A Clark Solutions seleciona, projeta, fabrica e instala os dispositivos de entrada com as dimensões recomendadas para cada caso.

Altos valores de momentum causam cisalhamento das gotículas líquidas e prejudicam a eficiência de separação do sistema de eliminador de névoas. Além deste problema, o gás não e distribuído homogeneamente ao longo do vaso, criando caminhos preferências no sistema de eliminação de névoas e causando afogamentos e re-arraste das gotículas coletadas.

Com o objetivo de melhoria do sistema de separação gás/líquido para as condições de processos informadas dos vasos foi definido o uso do dispositivo Evenflow® para substituir os dispositivos de entrada originais.

Com a finalidade de equalizar o fluxo (evitando caminhos preferenciais) e fazer uma pré-separação das gotas (diminuindo a carga de líquido para o eliminador de névoas) recomendamos a instalação de um Distribuidor de Fluxo CS Evenflow®. O dispositivo CS Evenflow® tem a característica de tranquilizar o fluxo de entrada, pré separar as gotas de maior diâmetro, minimizar o cisalhamento das gotas e diminuir o efeito de “surge” que eventualmente possa ocorrer. Todos estes benefícios citados têm como objetivos principais reduzir a carga de névoas e melhorar a distribuição do fluxo do gás em toda seção transversal do eliminador de névoas a fim de melhorar a eficiência do conjunto. Os internos propostos são fabricados de modo a passar através das bocas de visita.

A imagem a seguir é uma simulação computacional (CFD) de um dos dispositivos de entrada fornecidos nesse projeto:

Clark Solutions Eliminadores de Névoas Mist Eliminators Recheio Aleatório Randomico Tower Packing

Figura 2. Simulação Computacional (CFD) do Evenflow®

Malha Aglomeradora MaxiMesh®

Clark Solutions Eliminadores de Névoas Mist Eliminators Recheio Aleatório Randomico Tower Packing

Figura 3. Malha Aglomeradora MaxiMesh® com calha de coleta central

A malha aglomeradora MaxiMesh® é um dispositivo que favorece o crescimento no diâmetro das gotículas de líquido que a jusante são mais facilmente removidas por um dispositivo de eliminação de névoas, uma vez que gotas de maior diâmetro apresentam maior facilidade de coleta. Para criar este efeito a malha aglomeradora é projetada para operar em um regime próximo ao afogamento.

Com a finalidade de manter uma perda de carga constante, canais de drenagem são posicionados estrategicamente de modo a permitir a coleta do líquido excedente, comportando “surges”. O líquido coletado é encaminhado para o fundo do vaso através de um tubo de drenagem. Esse elemento coalescedor também permite maior turndown, uma vez que em baixas cargas atua como pré-separador e eliminador de névoas convencional.

Eliminador de Névoas HeliFlow®

Verificou-se que o arraste de líquido ocorria principalmente por conta das condições desfavoráveis de processo, notavelmente pressões e densidades dos gases muito elevadas, que comprometem a eficiência de eliminadores de névoas convencionais. Além disso, constatou-se elevado momentum de entrada em todos os vasos, os quais não apresentam dispositivos de entrada adequados.

Para o caso de um Revamp, disponibilizar uma maior capacidade de operação é a forma mais indicada para solucionar um problema de arraste. Ciclones Heliflow® são os eliminadores de névoa que apresentam maior capacidade de operação e, portanto, devem ser utilizados nos vasos em que são aplicáveis – respeitando os limites de perda de carga.

Eliminadores de névoa do tipo ciclone são recomendados para sistemas de compressão, uma vez que trabalham com gases de alta densidade e permitem vazões mais elevadas e com maior carga de líquido que outros tipos de eliminadores de névoas, com menor afogamento e reduzida perda de eficiência por arraste.

A operação do Heliflow® junto com um elemento coalescedor tipo MaxiMesh 421® (malha aglomeradora) oferece uma significativa flexibilidade e eficiência em um sistema com um diâmetro menor que um eliminador de névoas convencional sozinho. O elemento coalescedor fornece gotículas maiores na entrada do ciclone, garantindo uma melhor eficiência de coleta ao longo da distribuição de gotas.

A corrente gasosa, após passar no distribuidor de gases CS Evenflow® e da malha aglomeradora MaxiMesh® 421, é encaminhada para um conjunto de eliminadores de névoas ciclones Heliflow®. O conjunto é composto de um “deck” onde são posicionados os ciclones acomodados em caixas.

O princípio de operação destes ciclones consiste em forçar o gás a mudar de direção em um movimento radial e direcionando as partículas sólidas e líquidas para a região de coleta. Estas partículas são removidas através de ranhuras posicionadas à jusante das aletas dos ciclones, e o produto coletado é drenado para o fundo do vaso através de tubos de drenagem posicionados nas caixas dos ciclones.

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Figura 4. Esquemático do conjunto de ciclones HeliFlow®

Um quesito importante para se averiguar quando se optando por um eliminador de névoas do tipo ciclone é a altura do tubo de drenagem, que deve ser alta o suficiente para que o líquido não sifone durante condições de operação e transição como consequência da perda de carga.

Nossos dimensionamentos levam em consideração a altura disponível do vaso para adequar a perda de carga dos ciclones ao sistema de selagem que será utilizado.

No caso de um Revamp, ciclones oferecem um aumento considerável na capacidade e na eficiência de separação.

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Figura 5. Perfis de velocidade do HeliFlow®

Suporte sem Solda

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Figura 6. Esquemático do sistema de aumento de capacidade com suporte sem solda

Para a instalação dos novos internos foi considerada a utilização dos dispositivos de suporte sem solda.

Os dispositivos de suporte sem solda possuem a finalidade de montar os suportes para os novos internos sem a necessidade de solda no vaso. As vantagens de se utilizar estes dispositivos são:

  • Evita solda em campo, i.e., não há necessidade de isolar a área.
  • Evita a re-certificação do vaso ou tratamento térmico
  • Maximiza o tempo de montagem dos internos
  • Todos os componentes serão projetados para adequar o vaso em questão.
  • Não há necessidade de se adequar a NR-13, se não houver qualquer alteração no casco do vaso.
  • Adequado para áreas classificadas.

Para a instalação do suporte sem solda é necessário uma equipe qualificada de supervisores de montagem disponibilizados pela Clark Solutions. Os módulos do suporte são confeccionados de acordo com o tamanho da boca de visita para ter acesso ao interior do vaso com o suporte.

Simulações CFD e Ferramentas de Cálculo

A Clark Solutions utiliza de simulações CFD e de ferramentas de cálculo proprietárias para dimensionamento e avaliação dos equipamentos que projeta, fabrica e instala.

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Figura 7. Streamlines de gás

As simulações em CFD podem auxiliar na verificação de perda de carga e de eficiência de coleta por meio de perfis de pressão e “particle tracing” ao longo das “streamlines”. Os perfis de velocidade auxiliam na avaliação do aproveitamento efetivo do vaso.

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Figura 8. Perfis de pressão e velocidade ao longo do vaso

Curvas de eficiência auxiliam no comparativo de diversos equipamentos e acopladas com um perfil de distribuição granulométrica podem inferir o teor de líquido coletado.

Clark Solutions Eliminadores de Névoas Mist Eliminators Recheio Aleatório Randomico Tower PackingClark Solutions Eliminadores de Névoas Mist Eliminators Recheio Aleatório Randomico Tower Packing

Figura 9. Curva de eficiência do HeliFlow® e distribuição de entrada e saída para um dos vasos

Resultados

Os principais resultados do fornecimento do Revamp pela Clark Solutions foram as significativas reduções da quantidade de condensado observada nos compressores.

O Revamp da plataforma também reduziu as perdas de TEG e amina.

Com a opção de instalar os internos com o sistema de suporte sem solda da Clark Solutions o tempo de parada para instalação do Revamp foi reduzido.

As melhorias dos dispositivos de entrada para Evenflow® em conjunto com a melhoria dos eliminadores de névoas para o sistema de malha aglomeradora MaxiMesh® e ciclones HeliFlow® alcançaram os objetivos de melhoria de eficiência e aumento de capacidade do Revamp da plataforma.

A plataforma opera há mais de um ano sem necessidade de paradas por acúmulo de condensado nos compressores e com uma maior carga operacional disponível.

HELIFLOW® é uma marca registrada da Clark Solutions no Brasil.

MAXIMESH® é uma marca registrada da Clark Solutions no Brasil.

EVENFLOW® é uma marca registrada da Clark Solutions no Brasil.

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